빛을 그리는 두 가지 방법: 래스터화와 레이 트레이싱

게임이나 애니메이션 속 멋진 3D 화면은 어떻게 만들어질까요? 컴퓨터는 우리 눈에 보이는 그림을 아주 빠르게 그려냅니다. 그 방법에는 크게 두 가지가 있어요. 하나는 래스터화, 다른 하나는 레이 트레이싱이에요. 지금부터 아주 쉽게 알아볼게요.

화면은 작은 네모들로 이루어져 있어요

여러분이 보는 화면을 아주 가까이서 보면, 작은 네모 칸이 촘촘히 모여 있어요. 이 작은 네모 하나를 픽셀이라고 불러요. 그림은 이 네모 칸을 알맞은 색으로 칠해서 만들어져요.

마치 모눈종이 위에 색을 칠해 그림을 그리는 것과 같아요. 옛날 화가들도 격자(모눈)를 이용해 사물을 정확히 그렸답니다.

래스터화: 도형을 칸에 색칠하기

래스터화는 "삼각형 같은 도형을 픽셀 칸에 칠하는 방법"이에요. 3D 물체는 아주 많은 삼각형으로 이루어져 있어요. 컴퓨터는 이 삼각형이 화면의 어느 칸을 덮는지 계산하고, 그 칸을 알맞은 색으로 칠해요.

색칠 스티커를 떠올려 보세요. 스티커(삼각형)를 모눈종이 위에 올리면, 스티커가 덮은 네모 칸만 색이 칠해지죠? 래스터화도 똑같아요. 아주 빠르기 때문에 게임처럼 화면이 빨리 바뀌어야 할 때 많이 써요.

레이 트레이싱: 빛을 하나하나 따라가기

레이 트레이싱은 "빛의 길을 따라가서 색을 정하는 방법"이에요. '레이(ray)'는 빛줄기, '트레이싱(tracing)'은 따라가기라는 뜻이에요.

재미있는 점은, 컴퓨터가 빛을 눈(카메라)에서 거꾸로 쏜다는 거예요. 화면의 픽셀 한 칸마다 가느다란 빛줄기를 쏘아요. 그 빛줄기가 물체에 닿으면 "여기는 무슨 색일까?"를 물어봐요. 그리고 그 자리에서 진짜 빛(전등이나 햇빛)이 있는 쪽으로 다시 빛을 보내 밝기를 알아내요.

거꾸로 쏘는 빛, 그림으로 보기

아래 그림을 보면 이해가 쉬워요. 눈에서 화면을 지나 물체까지 빛줄기가 쭉 나아가요. 물체에 닿은 곳에서 다시 전등 쪽으로 빛을 보내, 그 칸이 밝은지 어두운지 정해요.

빛이 튕기고 비치는 이유

레이 트레이싱의 진짜 멋진 점은 빛이 튕겨 나가는 것까지 따라간다는 거예요. 거울이나 반짝이는 공에 닿은 빛줄기는 다시 튕겨서 다른 곳으로 가요. 그래서 거울에 비친 모습, 물에 비친 그림자, 유리의 투명함을 진짜처럼 그릴 수 있어요.

아래 그림처럼 반짝이는 공들이 서로를 비추는 장면은 레이 트레이싱이 잘하는 일이에요. 빛을 여러 번 따라가야 해서 시간이 오래 걸리지만, 결과는 아주 사실적이랍니다.

둘은 무엇이 다를까요?

두 방법을 요리에 비유해 볼게요. 래스터화는 빠르게 뚝딱 만드는 볶음밥 같아요. 아주 빨라서 게임처럼 화면이 계속 움직여도 척척 그려내요. 대신 그림자나 반사는 살짝 흉내만 내요.

레이 트레이싱은 정성껏 오래 끓인 국 같아요. 시간이 오래 걸리지만 빛과 그림자가 진짜처럼 나와요. 영화의 멋진 장면을 만들 때 많이 써요.

요즘 게임 컴퓨터는 아주 빨라져서, 두 가지를 함께 쓰기도 해요. 기본 그림은 래스터화로 빨리 그리고, 반사와 그림자 같은 부분만 레이 트레이싱으로 더 예쁘게 다듬는 거예요.

정리해 볼까요?

• 픽셀: 화면을 이루는 작은 색칠 네모 칸
• 래스터화: 도형을 픽셀 칸에 빠르게 색칠하는 방법 (빠름)
• 레이 트레이싱: 빛줄기를 따라가 색과 밝기를 정하는 방법 (사실적)
• 둘을 함께 쓰면 빠르면서도 예쁜 그림을 만들 수 있어요

이제 게임이나 영화를 볼 때, "이 장면은 어떻게 빛을 그렸을까?" 하고 한 번 생각해 보세요. 화면 속 빛에는 이렇게 재미있는 비밀이 숨어 있답니다.